筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法及制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法及制备装置，该方法包括：将制备筒形多晶硅锭所需的多晶硅原料装入到双层圆坩埚的内外层结构之间，将装有多晶硅原料的双层圆坩埚放入铸锭炉；对铸锭炉抽真空，打开加热器加热，直到多晶硅原料全部熔化成液体；使双层圆坩埚内的温度从圆坩埚底部向上逐渐上升形成温度梯度，以使熔化成液体的多晶硅原料逐渐结晶凝固；在结晶凝固完成后，通过退火冷却得到制备完成的筒形多晶硅锭。该种方案，多晶硅锭生产出来后就是筒形的，而通过筒形多晶硅锭生产相同尺寸的环状多晶硅时，投料量可以大幅度降低，同时，制备的筒形多晶硅锭的品质更好，其制备过程中，多晶硅原料的熔融时间以及能耗更低。

【技术实现步骤摘要】
筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法及制备装置
本专利技术涉及半导体制程用高纯多晶硅锭制备领域，更具体地，涉及筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法及制备装置。
技术介绍
当前大尺寸的半导体技术用硅环主要用多晶硅方锭加工制取，由于硅环的外形与多晶硅方锭存在差异，实际的生产中需要将方锭的四个角部和中心部分硅料去除，导致在加工中硅材料浪费较多，生产成本高。另外，由于现有铸锭工艺存在固有的缺点，即硅锭边缘与中心由于距离加热器距离差异大，在水平方向存在温度梯度，导致长晶界面水平方向速率不一致，又由于杂质的分凝而出现固态晶体内杂质不均匀，影响品质。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提出的技术问题，本申请提出了一种筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法及制备装置。本专利技术第一方面的技术方案提供了一种筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法，包括：将制备筒形多晶硅锭所需的多晶硅原料装入到双层圆坩埚的内外层结构之间，将装有多晶硅原料的双层圆坩埚放入铸锭炉；对所述铸锭炉抽真空直至所述铸锭炉内的压力低于第一预设压力；加热熔化：通过所述铸锭炉加热所述双层圆坩埚内的多晶硅原料，直到所述双层圆坩埚内的多晶硅原料全部变为熔融液体；降温凝固：使所述双层圆坩埚内的熔融液体从双层圆坩埚底部开始向上凝固，直至所述双层圆坩埚内的熔融液体全部凝固；退火冷却：对凝固后的固体进行退火冷却，得到筒形多晶硅锭。在上述技术方案中，优选地，所述加热熔化的步骤具体包括：打开所述铸锭炉的加热器加热，在所述铸锭炉内的温度位于第一预设温度范围内时向所述双层圆坩埚内通入氩气，在所述铸锭炉内的压力达到第二预设压力范围后，将所述铸锭炉内的压力维持在所述第二预设压力范围内；通过所述铸锭炉的加热器继续加热，在所述铸锭炉内的温度达到第二预设温度范围后保持所述铸锭炉内的温度恒定，直到所述双层圆坩埚内的多晶硅原料全部变为熔融液体。在上述技术方案中，优选地，所述降温凝固的步骤具体包括：降低所述铸锭炉的加热器的加热功率，使所述铸锭炉内的温度下降，在所述铸锭炉内的温度下降至第三预设温度范围后打开所述铸锭炉的保温笼散热，同时控制所述双层圆坩埚内的温度沿垂直于所述双层圆坩埚底部向上的方向逐渐上升形成温度梯度，以使所述双层圆坩埚内的熔融液体从双层圆坩埚底部开始向上凝固，直至所述双层圆坩埚内的熔融液体全部凝固。在上述技术方案中，优选地，所述退火冷却的步骤具体包括：在所述铸锭炉内的温度下降至第四预设温度范围时，关闭所述保温笼开始退火，同时控制所述铸锭炉的加热器的加热功率，使退火结束时所述铸锭炉内的温度下降至第五预设温度范围；关闭所述铸锭炉的加热器，按预设速率打开所述铸锭炉的保温笼开始冷却，直至所述铸锭炉内的温度下降至第六预设温度范围时结束冷却。在上述多个技术方案中，优选地，所述第一预设压力小于等于0.001mbar；所述第一预设温度范围为1125℃-1225℃，所述第二预设压力范围为550mbar-650mbar，所述第二预设温度范围为1500℃-1600℃，所述第三预设温度范围为1370℃-1470℃，所述第四预设温度范围为1250℃-1350℃，所述第五预设温度范围为1050℃-1150℃，所述第六预设温度范围为300℃-400℃。在上述技术方案中，优选地，筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法还包括：在所述双层圆坩埚内装入多晶硅原料的步骤之前，在所述双层圆坩埚的内外层结构及底壁围成的腔体内壁上设置脱膜层。优选地，所述脱膜层为氮化硅层，所述氮化硅层通过喷涂或刷涂的方式涂覆在所述双层圆坩埚的内外层结构及底壁围成的腔体内壁上。进一步地，所述双层圆坩埚由石英制成。在上述任一技术方案中，优选地，所述双层圆坩埚的内层结构为空心结构或实心结构，所述双层圆坩埚的内层结构为空心结构时，所述筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法还包括：在所述双层圆坩埚内装入多晶硅原料的步骤之前，在所述双层圆坩埚的内层结构内放置加固内层，加固内层可为等静压石墨内衬或者其他石英材料制成的内衬。在上述技术方案中，优选地，在将装有多晶硅原料的双层圆坩埚放入铸锭炉的步骤之前还包括：在所述双层圆坩埚的外侧壁上沿周向方向安装一圈可拆卸的护板。优选地，所述护板为等静压石墨护板。本专利技术第二方面的技术方案提供了一种筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备装置，包括：铸锭炉；双层圆坩埚，所述双层圆坩埚包括间隔设置的内外层结构，用于制备筒形多晶硅锭所需的多晶硅原料能够装入到所述双层圆坩埚的内外层结构之间，其中，所述双层圆坩埚能够放置于所述铸锭炉内，并由所述铸锭炉加热。优选地，所述双层圆坩埚由石英制成。在上述技术方案中，优选地，在所述双层圆坩埚的内外层结构及底壁围成的腔体内壁上设置有脱膜层。所述脱膜层优选为氮化硅层。在上述任一技术方案中，优选地，所述双层圆坩埚的外侧壁上沿周向方向安装有一圈可拆卸的护板，该护板优选为等静压石墨护板。在上述任一技术方案中，优选地，所述双层圆坩埚的内层结构为空心结构或实心结构，所述双层圆坩埚的内层结构为空心结构时，所述双层圆坩埚的内层结构内放置有加固内衬，该加固内衬用于防止双层圆坩埚的内层结构软化坍塌。优选地，所述加固内衬为等静压石墨内衬。优选地，所述加固内衬为石墨棒或石墨筒。根据本专利技术提出的筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法及制备装置，由于采用了圆形双层坩埚来制备半导体制程用多晶硅锭，因此，在多晶硅锭生产出来后，多晶硅锭就是筒形的，而不是方形的，这样就使得需要加工的硅环的外形与硅锭的形状一致，这样在利用生产出来的硅锭加工成硅环时，便减少了将方形硅锭的四个角部和中心部分硅料去除的步骤，这就简化了环状多晶硅的加工步骤，提高了加工效率，缩短了环状多晶硅的生产周期。同时，在生产相同尺寸的环状多晶硅时，筒形多晶硅锭投料量相比方形多晶硅锭投料量可以降低56％，同时，在投料量减少后，也就相应地降低了多晶硅原料的熔融时间以及能耗，这样降低了多晶硅锭的成本，提高了多晶硅锭的加工效率。此外，本申请生产出来的筒形多晶硅锭，硅锭边缘与中心距离加热器的距离差异较小，因此，在熔融的多晶硅原料的凝固过程中，不易在水平方向形成温度梯度，这样就使得长晶界面水平方向的速率比较一致，从而确保了筒形多晶硅锭的品质。应当理解，
技术实现思路
部分中所描述的内容并非旨在限定本专利技术的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本专利技术的范围。本专利技术的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。附图说明结合附图并参考以下详细说明，本专利技术各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：图1示出了本专利技术第一个实施例提供的筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法的流程示意图；图2示出了本专利技术第二个实施例提供的筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法的流程示意图；图3示出了本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法，其特征在于，包括：/n将制备筒形多晶硅锭所需的多晶硅原料装入到双层圆坩埚的内外层结构之间，将装有多晶硅原料的双层圆坩埚放入铸锭炉；/n对所述铸锭炉抽真空直至所述铸锭炉内的压力低于第一预设压力；/n加热熔化：通过所述铸锭炉加热所述双层圆坩埚内的多晶硅原料，直到所述双层圆坩埚内的多晶硅原料全部变为熔融液体；/n降温凝固：使所述双层圆坩埚内的熔融液体从双层圆坩埚底部开始向上凝固，直至所述双层圆坩埚内的熔融液体全部凝固；/n退火冷却：对凝固后的固体进行退火冷却，得到筒形多晶硅锭。/n

【技术特征摘要】
1.一种筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法，其特征在于，包括：
将制备筒形多晶硅锭所需的多晶硅原料装入到双层圆坩埚的内外层结构之间，将装有多晶硅原料的双层圆坩埚放入铸锭炉；
对所述铸锭炉抽真空直至所述铸锭炉内的压力低于第一预设压力；
加热熔化：通过所述铸锭炉加热所述双层圆坩埚内的多晶硅原料，直到所述双层圆坩埚内的多晶硅原料全部变为熔融液体；
降温凝固：使所述双层圆坩埚内的熔融液体从双层圆坩埚底部开始向上凝固，直至所述双层圆坩埚内的熔融液体全部凝固；
退火冷却：对凝固后的固体进行退火冷却，得到筒形多晶硅锭。


2.根据权利要求1所述的筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法，其特征在于，
所述加热熔化的步骤具体包括：打开所述铸锭炉的加热器加热，在所述铸锭炉内的温度位于第一预设温度范围内时向所述双层圆坩埚内通入氩气，在所述铸锭炉内的压力达到第二预设压力范围后，将所述铸锭炉内的压力维持在所述第二预设压力范围内；通过所述铸锭炉的加热器继续加热，在所述铸锭炉内的温度达到第二预设温度范围后保持所述铸锭炉内的温度恒定，直到所述双层圆坩埚内的多晶硅原料全部变为熔融液体；
所述降温凝固的步骤具体包括：降低所述铸锭炉的加热器的加热功率，使所述铸锭炉内的温度下降，在所述铸锭炉内的温度下降至第三预设温度范围后打开所述铸锭炉的保温笼散热，同时控制所述双层圆坩埚内的温度沿垂直于所述双层圆坩埚底部向上的方向逐渐上升形成温度梯度，以使所述双层圆坩埚内的熔融液体从双层圆坩埚底部开始向上凝固，直至所述双层圆坩埚内的熔融液体全部凝固；
所述退火冷却的步骤具体包括：在所述铸锭炉内的温度下降至第四预设温度范围时，关闭所述保温笼开始退火，同时控制所述铸锭炉的加热器的加热功率，使退火结束时所述铸锭炉内的温度下降至第五预设温度范围；关闭所述铸锭炉的加热器，按预设速率打开所述铸锭炉的保温笼开始冷却，直至所述铸锭炉内的温度下降至第六预设温度范围时结束冷却。


3.根据权利要求2所述的筒形半导体制程用高纯多晶硅锭的制备方法，其特征在于，
所述第一预设压力小于等于0.001mbar；
所述第一预设温度范围为1125℃-1225℃，所述第二预设压力范围为550mbar-650mbar，所述第二预设温度范围为1500℃-1600℃，所述第三预设温度范围为1370℃-1470℃，所述第四预设温度范围为1250℃-...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈富伦，
申请(专利权)人：陈富伦，
类型：发明
国别省市：江苏;32